Содержание пути на участках скоростного движения

При введении высоких скоростей движения возникают более сложные, чем при обычных скоростях, процессы взаимодействия пути и подвижного состава. Величина динамического воздействия подвижного состава зависит как от основных нагрузок, так и от скорости движения. Последняя существенно влияет на работу пути и, в частности, на его стабильность и напряженное состояние. Так, в зоне контакта колеса и рельса при его волнообраз­ном износе образуются вы­сокочастотные колебания (до 5000 Гц), которые пере­даются подрельсовому со — стоянию и вызывают его расстройства, в том числе интенсивное истирание бал­ласта. Наличие длинных не­ровностей (20—50 м и более) возбуждает низкочастотные (примерно 1 Гц) резонансные явления в подвижном составе, что также интенсивно ухудшает процессы взаимодействия его с путём. Повышенный уровень динамического воздействия подвижной нагрузки на путь, а также увеличенная ча­стота приложения этой нагрузки предъявляют более высокие тре­бования к конструкции и содержанию пути на линиях со скорост­ным движением поездов. 

Общие требования к пути на линиях с высокими скоростями дви­жения поездов. Требования к пути должны обеспечивать: сокраще­ние времени нахождения пассажиров в пути, комфортабельность движения, безопасность движения и экологическую чистоту.

При введении на существующих линиях скоростного пассажирского движения учитываются повышенные требования к их плану и профилю. Для железных дорог России, где пассажирское дви­жение совмещено с грузовыми перевозками, руководящий уклон продольного профиля при грузонапряженности в грузовом дви­жении более 15 млн т^км/км должен быть не более 15 %о, более 30 млн т^км/км — не превышать 12 %о. Радиусы кривых в плане принимаются не менее 3000 м. При этом максимально допустимые скорости движения поездов в зависимости от радиуса кривой оп­ределяются при значении непогашенного поперечного ускорения 0,7 м/с² и скорости его нарастания не более 0,4 м/с³.

Все круговые кривые сопрягаются с прямыми участками пере­ходными кривыми, длина которых должна быть не менее

Крутизна отвода возвышения должна быть не более 1 мм на 2 м пути. Прямые вставки между начальными точками переходных кри­вых должны иметь длину не менее 150 м.

Для проектируемой на скорости 300—350 км/ч высокоскорост­ной специализированной пассажирской линии Санкт-Петербург — Москва приняты более жёсткие требования к плану и профилю.

При проведении реконструкции верхнего строения пути с це­лью внедрения скоростного движения пассажирских поездов, со­вмещенного с грузовым движением, укладывают термоупрочнён­ные рельсы типа Р65 1-й группы, 1-го класса с повышенными тре­бованиями по прямолинейности сваренных электроконтактным способом в РСП из 25-метровых рельсов без болтовых отверстий в короткие плети (длиной 400—800 м) и далее, сваренные после ук­ладки в путь передвижной рельсосварочной машиной в длинные плети бесстыкового пути: на длину перегона с тональной автобло­кировкой АБТ без уравнительных пролётов и стыков или на длину блок-участков с изолирующими стыками повышенной прочности с сопротивлением разрыву не менее 2,5 мН.

Неровности на поверхности катания в сварных стыках после их механической обработки должны удовлетворять следующим тре­бованиям: вогнутые не допускаются, выпуклые не должны превы­шать 0,3 мм на базе измерений, равной 1,5 м. На остальном протя­жении рельсовых плетей, после их укладки и шлифовки, неровнос­ти, измеренные на той же безе, не должны быть более 0,2 мм.

Шпалы укладывают железобетонные: стандартные с эпюрой укладки 1840 шт./км или повышенной массы (350 кг) типа Ш1-ТС

с эпюрой 1760 шт/км. Промежуточные рельсовые скрепления — с упругими клеммами.

Железобетонные шпалы укладывают на слой щебня фракции 25—60 мм марки прочности И-20 (гранит, базальт, диабаз и т.п.) по ГОСТ 7392-85 высотой 40 см. Вместо подушки может быть уло­жен защитный слой из полимерных материалов. Плечо балласт­ной призмы — не менее 45 см, заложение откосов — 1:1,5.

На проектируемой высокоскоростной магистрали Санкт-Петер­бург — Москва подшпальное основание отличается от обычного типового. На рис. 2.30 приведён поперечный профиль для ВСМ Санкт-Петербург — Москва. Ширина насыпи 13,00 м, расстояние между осями путей 4,5 м,

откосы насыпи имеют уклон 1:1,75, за­щитный слой под балластом по всей ширине насыпи отделён от остального тела насыпи геотекстилем. Защитный слой создается, если существующее земляное полотно сложено недренирующими грунтами. Толщина его должна быть достаточной, чтобы глинис­тый грунт не промерзал: при суглинистых грунтах 0,8—1,0 м, при супесях 0,5—0,7 м. Сам защитный слой выполнятся из различных песчаных смесей с коэффициентом фильтрации не менее 0,5 м/сут. Грунт насыпи уплотняют согласно действующим нормативам. Поверхность основной площадки земляного полотна двухскатная. Этот вариант поперечного профиля высокоскоростной магистра­ли Санкт-Петербург — Москва учитывает местные климатические условия, в том числе возможность появления зимних экстремаль­ных температур до минус 30—35 °С.

Параметры линий, ставших скоростными (до 200 км/ч) после реконструкции, более льготные, чем параметры новых высокоско­ростных линий. Эти магистрали, как правило, повторяют в основ­ном план существующей линии, в отдельных местах при реконст­рукции увеличивают радиусы кривых до 2000 м с досыпкой земля­ного полотна. Подшпальное основание каждой линии имеет свои особенности в зависимости от вида верхней части насыпи и балла­стной призмы, сложившейся к началу реконструкции. Общим для всех таких скоростных линий является широкое применение в зоне подшпального основания различных типов и конструкций поли­мерных материалов.

Например, на существующей линии Санкт-Петербург — Моск­ва после реконструкции, в процессе которой выполнены работы по превращению её в скоростную магистраль с максимальной ско­ростью 200 км/ч, реализована следующая конструкция подшпаль­ного основания: под железобетонными шпалами находится слой нового и очищенного щебня толщиной 40 см, между этим слоем и расположенным ниже старогодным (хорошо уплотнённым) щеб­нем уложена прослойка из полимерных материалов. Её назначе­ние — не допустить проникновения нижележащих загрязнителей в очищенный щебень, а зимой служить надёжным теплоизолирую­щим материалом. В связи с этим полимерные слои в зависимости от климатических и других местных условий могут быть различ­ной толщины и конструкции.

Имеются также различия в параметрах плана и профиля скоро­стных и высокоскоростных линий. Человеческий организм начи­нает чувствовать дискомфорт при достаточно длительном действии непогашенного ускорения, равного 0,4—0,5 м/с² и более. На высо­коскоростных линиях, предназначенных только для пассажирских перевозок, при расчётных радиусах кривых 3000—4000 м вопрос комфортабельности езды решается правильным подбором возвы­шения наружного рельса в зависимости от скоростей движения пас­сажирских поездов.

При строительстве скоростных линий стрелочные переводы яв­ляются препятствием, влияющим на длину сварных рельсовых пле­тей. Повышенные требования к пути на линиях скоростного дви­жения определили конструктивные особенности переводов. Пере­воды нового поколения имеют улучшенную динамику за счёт ис­пользования гибких остряков и крестовин с гибко-поворотным сер­дечником с удлиненными рельсовыми окончаниями и стыками на- кладочного типа, упругих клемм скреплений, подрельсовых про­кладок различной жёсткости, меньшего числа стыков. Снижение динамических воздействий при прохождении подвижного состава по зоне стрелочного перевода достигается вваркой перевода в бес­стыковой путь и сваркой зазоров на самом переводе. На стрелоч­ных заводах сварка при изготовлении элементов стрелочных пере­водов выполняется электроконтактным способом, но применение на стрелочных переводах сварочных машин (см. п. 3.3) для элект- роконтактной сварки затруднено. Поэтому для сварки стыков в зоне перевода применяется термитная сварка, выполняемая с использо­ванием специальной оснастки (рис. 2.31).

В ходе полигонных испытаний на экспериментальном кольце ВНИИЖТа стрелочных переводов со стыками, сваренными алю­минотермитным способом, не было изъято ни одного из них из-за дефектов в зоне сварки. По сварным стыкам было пропущено бо­лее 200 млн т брутто груза. Установленный гарантийный срок служ­бы сварных стыков стрелочных переводов, сваренных алюмино­термитным способом, для рельсов типа Р65 составляет 100 млн т брутто пропущенного груза, но не более 3 лет со дня проведения сва­рочных работ.

На существующей линии Санкт-Петербург — Москва при ре­конструкции укладывают стрелочные переводы типа Р65 марки не круче 1/11 на железобетонных брусьях с гибкими остряками, под­вижным гибким сердечником, упругими промежуточными скреп­лениями и сварными рельсовыми стыками.

Особенности содержания пути на линиях с высокими скоростями движения обусловлены повышенными требованиями к содержанию ширины колеи, рельсовых нитей по уровню и на­правлению в плане, к продольной равноупругости пути. Если гео­метрические параметры пути не соответствуют параметрам ходовых частей подвижного состава, происходит интенсивное усиле­ние динамического воздействия подвижного состава на путь, ве­дущее к повышенному росту рас­стройств пути.

Норма устройства по шири — не колеи для скоростных уча­стков сохраняется такой же, как и для участков со скоростями до 120 км/ч, т.е. 1520 мм. Сохраня­ются также существующие нормы устройства стрелочных перево­дов по размерам ширины колеи и желобов, а также величинам ординат переводных и закрестовин- ных кривых.

Для стрелочных переводов на участках скоростного движения изменяются нормы устройства по их расположению: в соответствии с СТН Ц-01-95 на главных путях при скоростях более 140 км/ч между смежными стрелочными переводами должны быть предусмотрены прямые вставки длиной не менее 25 м, а в труд­ных условиях — 12,5 м (на обычных линиях соответственно 12,5 и 6,25 м).

Сохраняются и допуски в содержании по ширине колеи на участках скоростного движения. Допускаемые отклонения от нор­мы ширины колеи остаются неизменными и составляют: 8 мм в сто­рону уширения, 4 мм в сторону сужения. Уклон отвода ши — рины колеи, определяемый как средняя величина на базе 2 м, допускается не более 2,5 %о при скорости движения 121—140 км/ч. По нормам верх головок рельсов обеих нитей на прямых участках должен быть на одном уровне. Однако для уменьшения виляющего движения разрешается держать на всём протяжении одну нить, обычно рихтовочную, на 6 мм выше дру­гой. Эта мера для линий скоростного движения особо полезна, т.к. обеспечивает более плавное движение поездов. Повышение одной нити над другой не ликвидирует виляние, но их амплитуда ста­новится меньше суммы зазоров между гребнями колёс и рельсами, т.к. поперечная составляющая силы веса экипажа, появляющаяся из-за небольшого наклона к горизонту, направлена всегда в сторо­ну рихтовочной нити, которая в данном случае играет роль направ­ляющей.

Отклонение рельсовых нитей по уровню в раз­ные стороны более 6 мм на расстоянии менее 20 м не допускается. Плавность рельсовых нитей в плане — одно из главных условий обеспечения высоких скоростей. Особое внимание обращается на плавность отводов отступлений, от которой зависит величина бо­ковой силы:

В прямых участках стрелы отклонений в направлении рихтовоч­ной нити, измеренные от 20-метровой хорды через каждые 10 м, не должны превышать 6 мм при скоростях 121—140 км/ч и 4 мм — при 141—200 км/ч. В круговых кривых при измерении стрел изгиба от 20-метровой хорды разность в стрелах в точках через 10 м не долж­на превышать 6 мм при скоростях 121— 140 км/ч, 4 мм — при 141— 200 км/ч. В переходных кривых нарастание стрел должно быть равно­мерным. Отклонение от равномерного нарастания стрел при 20-мет­ровой хорде в точках через 20 м не должно быть больше 4 мм при скоростях 121—140 км/ч и 3 мм — при 141—200 км/ч.

Возникающие при высокой скорости высокочастотные колеба­ния приводят к увеличению проскальзывания колес, что вместе с множеством других факторов способствует образованию волнооб­разных неровностей на рельсах (с длиной волны 500—1500 м).

Основное влияние на образование волнообразного износа рель­сов оказывает динамическая жёсткость пути, систем рессорного под­вешивания подвижного состава, геометрических параметров пути. За счёт уменьшения динамической жёсткости пути при использова­нии более упругих рельсовых прокладок интенсивность образова­ния и развития волнообразного износа рельсов снижается.

На образование волнообразного износа оказывает влияние так­же качество рельсов. Новые рельсы имеют большую шероховатость по сравнению с уже обкатанными, что оказывает неблагоприятное влияние на плавность движения поездов и повреждаемость рель­сов. Допустимые значения вертикальных неровностей на головке рельса, как видно из табл. 2.21, в настоящее время на отечествен­ных рельсах в 2—2,5 раза превышают показатели, необходимые для скоростных линий.

Обследование скоростных линий показало, что за счёт перио­дических профильных шлифовок рельсов рельсошлифовальными поездами с активными рабочими органами можно добиться сни­жения глубины коротких неровностей до 0,03—0,05 мм. Однако для скоростных линий наиболее неблагоприятны длинные неровности (20—40 м и более). При этом чем выше скорость движения, тем более длинными (в процессе эксплуатации) становятся неровности на поверхности рельсов. На них накладывается «местный» волно­образный износ, ликвидация которого обеспечивается рельсошли­фовальными поездами типа СПЕНО.

Анализ пропуска подвижного состава по пути с неровностями длиной более 20 м, на которые накладываются короткие неровно­сти, позволил определить величины уклонов неровностей для оцен­ки состояния пути в профиле на скоростных линиях (табл. 2.22).

Отклонения от прямолинейного направления по поверхности катания и по боковой рабочей грани рельсовой нити в стыках (вер­тикальные и горизонтальные ступеньки) не должны превышать 1 м при скоростях более 121 км/ч.

Значительные неровности в виде горбов появляются на пути в зимнее время из-за пучин. Для обеспечения необходимой плавности рельсовых нитей в местах пучин устраивают отводы укладкой спе­циальных карточек, башмаков и нашпальников между подкладкой и шпалой. Отводы от пучин устраивают на всём протяжении сплош­ным уклоном не круче 0,7 %о при скорости движения 121—140 км/ч.

При введении высокоскоростного движения пассажирских по­ездов должны быть выполнены работы по стабилизации всех неус­тойчивых мест и ликвидации дефектов земляного полотна. На уча­стках из глинистых грунтов, где, как правило, появляются пучины, в зоне основной площадки под балластной призмой устраивают защитный слой из непучинистых дренирующих материалов в ком­бинации с теплоизолирующим материалом (пенопласт, пенополи­стирол, геотекстиль и др.).

Инструкцией по техническому обслуживанию и эксплуатации сооружений, устройств, подвижного состава и организации дви­жения поездов ЦРБ-393 введены для скоростных участков желез­ных дорог России предельные допуски по параметрам рельсовой колеи (табл. 2.23).

При обнаружении отступлений, превышающих указанные пре­делы, скорости движения должны ограничиваться в соответствии с нормативами, установленными МПС России.

Опыт эксплуатации скоростного электропоезда ЭР-200 показал, что для обеспечения допустимого уровня динамических сил взаи­модействия пути и подвижного состава в условиях совмещённого движения грузовых и пассажирских поездов требуется содержать путь в пределах, соответствующих III степени отступлений от норм устройства.

Плавность хода и безопасность движения на скоростных лини­ях в значительной степени зависят от качества содержания пути. При производстве всех видов работ особое внимание следует об­ращать на качество их выполнения, на обеспечение равнопрочнос- ти и равноупругости элементов пути (одинаковые толщины про­кладок, затяжка клеммных и закладных болтов, плотность подбив­ки шпал и т.п.). Необходимо соблюдать установленную периодич­ность проведения плановых работ.

В последнее время подход к оценке и устранению отступлений на скоростных участках железных дорог России изменился. Наме­тился переход от устранения неровностей по методу сглаживания к постановке пути в проектное положение. Это стало возможно с внедрением новых выправочных систем “09-Доуматик”, обеспечи­вающих постановку пути в проектное положение, а также репер­ной системы контроля положения пути в плане и профиле. Такая система внедряется на скоростной линии Москва — Санкт-Петер­бург. Она увязывается с работой путеизмерителя ЦНИИ-4 и с мик­ропроцессорной системой управления выправочно-подбивочно- рихтовочными машинами для автоматической регистрации суще­ствующих геометрических очертаний пути и автоматизации работ по приведению их в проектное положение.